DE19827659B4

DE19827659B4 - System und Verfahren zum Speichern von Daten und zum Schützen der Daten gegen einen nichtauthorisierten Zugriff

Info

Publication number: DE19827659B4
Application number: DE19827659A
Authority: DE
Inventors: Matthew W. Bellevue Thomlinson; Scott Renton Field; Allan Bellevue Cooper
Original assignee: Microsoft Corp
Current assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: US6532542B1; US6044155A; FR2767208A1; GB9812614D0; JP4463887B2; FR2767208B1; DE19827659A1; GB2328047A; GB2328047B; US6272631B1; GB9813901D0; JPH1185622A; US6253324B1

Abstract

System zum Speichern von Datenelementen und zum Schützen dieser Datenelemente gegen unerlaubten Zugriff, mit
einem Speicherserver (104), der Datenelemente von Anwendungsprogrammen empfängt und diese Datenelemente abhängig von Anfragen der Anwendungsprogramme zurückgibt;
einem oder mehreren Speicherprovidern (106), die von dem Speicherserver aufgerufen werden und die Datenelemente sicher speichern und wiedergewinnen; und
einem oder mehreren Authentisierungsprovidern (108), die von dem Speicherserver aufgerufen werden, um momentane Benutzer des Systems zu identifizieren.

Description

Die Erfindung betrifft Systeme und Verfahren, welche zentrale Dienste vorsehen, um geheime Kerndaten, wie Paßworte, kryptographische Schlüssel und sensible, persönliche und finanzielle Codes, sicher zu speichern.
Finanzielle und andere sensible Transaktionen werden zunehmend von Personalcomputern durchgeführt. Dadurch ist der Bedarf an einer sicheren Speicherung der Daten gewachsen. Häufig werden moderne Verschlüsselungstechniken dazu eingesetzt, solche Daten gegen einen nichtauthorisierten Zugriff zu schützen.
Neue Sicherheitsverfahren haben es jedoch nötig gemacht, geheime ”Kern” daten zu schützen, wie private kryptographische Schlüssel oder Verschlüsselungs-Schlüssel, Kreditkartennummern und andere kleine Stücke geheimer Daten. Die Verantwortung hierfür wird heute den einzelnen Anwendungsprogrammen oder den Benutzern der Personalcomputer selbst überlassen. Obwohl Programme zur Verfügung stehen, mit denen die Benutzer Daten verschlüsseln und speichern können, können diese Programme üblicherweise von anderen Anwendungsprogrammen nicht genutzt werden. Momentan muß jedes Anwendungsprogramm ein sicheres Verfahren zum Speichern solcher Daten selbst vorsehen.
Als ein Beispiel der Probleme, auf die man im heutigen Stand der Technik stößt, seien die Punkte betrachtet, die bei der Nutzung der Smartcard-Technologie Thema sind. Eine Smartcard oder Chip-Karte eignet sich besonders gut, um geheime Kerndaten, wie die oben beschriebenen, aufzunehmen. Zusätzlich können Smartcards dazu verwendet werden, Benutzer zu authentisieren, weil sie von jedem Benutzer verlangen, seine persönliche Smartcard in eine Aufnahmevorrichtung einzuführen, die dem Personalcomputer des Benutzers zugeordnet ist. Es wurden fälschungssichere Smartcards nur für diesen Zweck entwickelt.
Ohne allgemeingültige Normen entstehen bei der Verwendung solcher Vorrichtungen Probleme. Obwohl ein Entwickler Möglichkeiten vorsehen könnte, mit einer begrenzten Anzahl von Smartcards zu arbeiten, wäre es schwierig oder unmöglich, alle verschiedenen Variationen vorauszusehen, die schließlich auftauchen können. Diese Tatsache macht es bei vielen verschiedenen Anwendungen unpraktikabel, die Smartcard-Technologie zu realisieren.
Obwohl einige Speichermedien, wie magnetische Festplatten nicht die Herausforderungen der Smartcard darstellen, haben viele Softwareentwickler einfach nicht den Hintergrund oder die Kenntnis, die zum sicheren Realisieren moderner Verschlüsselungstechniken erforderlich sind. Selbst wenn sie diese hätten, wäre es ineffizient, wenn jeder Entwickler die komplexe Aufgabe der Entwicklung eines Verfahrens zum Speichern von geheimen Kerndaten auf sich nehmen würde. Ferner wären die resultierenden Lösungen inkompatibel. Es ist dagegen viel besser, ein gemeinsames Verfahren zum Speichern solcher Daten zu übernehmen und zu verhindern, daß für jedes unterschiedliche Anwendungsprogramm eine neue Lösung umgesetzt werden muß.
US 5,509,074 offenbart ein Verfahren zum Schützen elektronisch veröffentlichter Dokumente, bei dem Nutzer-Computer Anfragen nach Dokumenten stellen können, wobei die Anfragen eindeutige Nutzeridentifikationen für einen jeden Nutzer umfassen. Die Anfragen werden von einem Copyright-Server authentifiziert, und bei erfolgreicher Authentifizierung wird ein Dokument-Server aufgefordert, komprimierte und verschlüsselte Dokumente für die authentifizierte Anfrage zu erzeugen. Die verschlüsselten Dokumente werden dann durch ein Netzwerk zu einer Anzeige-Software oder einer Druckersoftware des anfragenden Benutzers gesandt und dort durch geeignete Schlüssel entschlüsselt.
Aus der US 5,495,533 ist ein Computersystem bekannt, welches ein automatisiertes Managementsystem zum Handhaben von Schlüsseln zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von gespeicherten Daten des Computersystems umfasst. Das Computersystem umfasst einen Authentifizierungsserver, einen Schlüssel-Client, einen Schlüssel-Generator, einen Schlüssel-Server, eine Schlüsseldatenbank und einen Speicher mit verschlüsselten Dateien. Der Authentifizierungsserver authentifiziert den Nutzer und weist dem Nutzer einen Ticket zu, welches den Nutzer validiert. Der Schlüssel-Client eines Nutzers, der eine Datei erzeugt, veranlasst den Generator, einen Schlüssel zu erzeugen, der der Datei entspricht. Der Schlüssel wird dem Schlüssel-Server bereitgestellt, und der Schlüssel-Client verwendet den Schlüssel, um das Datenfile zu verschlüsseln, welches in dem Datenspeicher für verschlüsselte Dateien gespeichert wird. Der Schlüssel-Client eines Nutzers sendet sein Ticket und Datei-Identifikationsdaten an den Schlüssel-Server. Der Schlüssel-Server prüft das Ticket und sendet den Schlüssel, welcher dem Datenfile entspricht, an den Schlüssel-Client des Nutzers. Der Schlüssel-Client des Nutzers verwendet den Schlüssel dann, um die verschlüsselte Datei zu entschlüsseln.
Aus der WO 97/03400 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Mehrzahl von Anfragen eines Clients und zum Erzeugen einer gesammelten Antwort bekannt. Dazu ist in einem Kommunikationsnetzwerk ein Anfragen-Manager vorgesehen, der gleichzeitig eine Anzahl von Anfragen an Server sendet, die mindestens einer Domain entsprechen, die von einem Client spezifiziert wurde. Der Anfragen-Manager empfängt dann eine Vielzahl von Antworten und erzeugt eine einzige gesammelte Antwort, die zu dem Client zurückgesendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zum Speichern von Datenelementen und zum Schützen dieser Datenelemente gegen unerlaubten Zugriff anzugeben, das universell und flexibel einsetzbar ist, so daß unterschiedliche Anwendungsprogramme die Sicherheitsmerkmale ausnutzen können, ohne daß jedes Anwendungsprogramm die Details zur Sicherung der Datenelemente bereitstellen muss.
Die im folgenden beschriebene Erfindung sieht zentrale geschützte Speicherdienste vor, die von einem Anwendungsprogramm aufgerufen werden können, um geheime Kerndaten, oder Kerngeheimnisse, zu speichern. Eine Ausführungsform der Erfindung ist als ein Serverprozeß oder Dienstprozeß mit zugehörigen Schnittstellen realisiert, der von Anwendungsprogrammen aufgerufen werden kann, um kleine Dateneinheiten oder Datenfelder zu speichern und wiederzugewinnen.
Das Verfahren und die Architektur umfassen grundsätzlich einen Speicherserver und mehrere installierbare Speicherprovider sowie Authentisierungsprovider (Server = Diensteinheit; Provider = Dienstanbieter). Jeder Speicherprovider kann Daten mit Hilfe eines bestimmten Medientyps, wie einem magnetischen Medium oder Smartcards, sicher speichern. Die Einzelheiten des Speichermediums werden vor dem aufrufenden Anwendungsprogramm verborgen. Authentisierungsprovider werden dazu benutzt, Benutzer mit unterschiedlichen Verfahren zu authentisieren, d. h. für gültig zu erklären, z. B. durch Abfragen von Paßworten, durch Lesen von Smartcards, durch Abscannen der Retina oder auf andere Arten, die in der Zukunft konzipiert werden mögen. Nochmals, die Einzelheiten der Authentisierung werden vor den aufrufenden Anwendungsprogrammen im allgemeinen verborgen.
Anwendungsprogramme interagieren mit dem Speichersever über genau definierte Schnittstellen. Ein Datenelement kann mit einem einfachen Aufruf des Speicherservers gespeichert und später mit einem ähnlichen Aufruf wiedergewonnen werden. Die gesamte Verschlüsselung, Entschlüsselung, Überprüfung der Unversehrtheit der Datenelemente und Authentisierung der Benutzer werden von dem Speicherserver und seinen zugehörigen Providern durchgeführt. Deshalb können die Anwendungsprogramme die verbesserten Sicherheitsmerkmale ausnutzen, ohne daß die Anwendungsprogramme selber komplizierter würden.
Wenn Datenelemente mit den geschützten Speicherdiensten gespeichert werden, kann ein Anwendungsprogramm Regeln spezifizieren, die bestimmen, wann auf das Datenelement zugegriffen werden darf. Der Zugriff ist im allgemeinen auf den Benutzer des Rechners beschränkt, der das Datenelement erzeugt hat. Der Zugriff kann ähnlich auf bestimmte Anwendungsprogramme oder auf eine Klasse von Anwendungsprogrammen beschränkt werden. Der Speicherserver authentisiert die anfragenden Anwendungsprogramme bevor er die Daten an sie übergibt.
Ein Standard-Authentisierungsprovider authentisiert Benutzer gestützt auf ihre Rechner- oder Netzanmeldung. Es können auch andere Authentisierungsprovider installiert werden.
Ein Standard-Speicherprovider erlaubt die Speicherung von Datenelementen auf magnetischen Medien, wie einer Festplatte oder einem Diskettenlaufwerk. Datenelemente werden vor der Speicherung verschlüsselt. Die Verschlüsselung verwendet einen Schlüssel, der aus der Authentisierung des Benutzers abgeleitet wird. Der Schlüssel wird insbesondere aus dem Paßwort des Benutzers abgeleitet, das während der Anmeldung auf dem Rechner oder in dem Netz geliefert wird. Zusätzlich können ein Anwendungsprogramm oder der Benutzer spezifizieren, daß für bestimmte Elemente ein zusätzliches Paßwort eingegeben werden muß, wenn Zugriff auf die Daten verlangt wird.
Der Standard-Speicherprovider realisiert ein Verschlüsselungsverfahren mit einem mehrschichtigen Schlüssel, um den Umfang der Verschlüsselung zu minimieren, die wiederholt werden muß, wenn der Benutzer ein Paßwort ändert. Jedes Datenelement wird mit einem Elementschlüssel verschlüsselt, der von dem System nach dem Zufallsprinzip erzeugt wird. Der Elementschlüssel wird seinerseits mit einem Masterschlüssel verschlüsselt, der selbst mit einem Schlüssel verschlüsselt wird (wie unten beschrieben ist), der aus dem von dem Benutzer gelieferten Paßwort (z. B. dem Anmeldepaßwort des Benutzers) abgeleitet wird.
Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In den Figuren zeigt:
1 ein Blockdiagramm des Beispiels eines Rechnersystems, das bei der Realisierung der Erfindung verwendet werden kann;
2 zeigt ein Blockdiagramm eines geschützten Speichersytems und eines aufrufenden Anwendungsprogramms gemäß der Erfindung; und
3 zeigt in einem Prozeß-Ablaufdiagramm, wie Datenelemente erfindungsgemäß verschlüsselt und authentisiert werden.
Grundsätzlich ist die Kryptographie oder Verschlüsselung das Verfahren zum Verschlüsseln oder Durcheinandermischen von Nachrichten, so daß die Nachrichten sicher gespeichert und übertragen werden können. Die Kryptographie kann dazu eingesetzt werden, sichere Datenübertragungen selbst dann zu erhalten, wenn das Übertragungsmedium (z. B. das Internet) nicht verläßlich ist. Nutzer von Rechnern setzen die Kryptographie auch dazu ein, sensible Dateien zu verschlüsseln, so daß sie von einem Eindringling nicht verstanden werden können. Die Kryptographie wird dazu verwendet, die Datenintegrität oder Unversehrtheit der Daten sicherzustellen und deren Geheimhaltung zu bewahren. Es ist auch möglich, den Ursprung der Datenelemente mittels der Kryptographie zu überprüfen, wenn digitale Signaturen eingesetzt werden. Wenn Verschlüsselungsverfahren verwendet werden, müssen nur die Verschlüsselungs-Schlüssel geheimgehalten werden. Die Algorithmen, die Schlüsselgrößen und Dateiformate können ohne Gefährdung der Sicherheit veröffentlicht werden.
Bei der Datenverschlüsselung kann ein Datenelement oder Datenfeld durcheinandergemischt werden, so daß es wie zufälliger Unsinn aussieht, und es sehr schwierig ist, das Datenfeld in die ursprünglichen Daten zurückzutransformieren, wenn man den geheimen Schlüssel nicht kennt. Die Nachricht kann aus einem ASCII-Text, einer Datenbankdatei oder aus beliebigen anderen Daten bestehen.
Wenn ein Datenelement einmal verschlüsselt wurde, kann es auf ungesicherten Medien gespeichert oder über ein ungesichertes Netz übertragen werden, und es bleibt dennoch geheim. Später kann die Nachricht in ihre ursprüngliche Form entschlüsselt werden.
Wenn ein Datenelement verschlüsselt wird, wird ein Verschlüsselungs-Schlüssel verwendet. Dies ist vergleichbar mit einem Schlüssel, der zum Verschließen eines Vorhängeschlosses verwendet wird. Zum Entschlüsseln der Nachricht muß ein Entschlüsselungs-Schlüssel verwendet werden. Die Verschlüsselungs- und der Entschlüsselungs-Schlüssel sind häufig, jedoch nicht immer identisch.
Bei den Verschlüsselungsalgorithmen gibt es zwei Hauptklassen:
symmetrische Algorithmen und Algorithmen mit öffentlichem Schlüssel (die auch als asymmetrische Algorithmen bekannt sind). Systeme, welche symmetrische Algorithmen verwenden, werden manchmal als konventionell bezeichnet.
Symmetrische Algorithmen sind die üblichste Art der Verschlüsselungsalgorithmen. Sie sind als symmetrisch bekannt, weil für die Verschlüsselung und die Entschlüsselung derselbe Schlüssel verwen det wird. Anders als die Schlüssel, die bei den Algorithmen mit öffentlichem Schlüssel verwendet werden, werden die symmetrischen Schlüssel häufig verändert.
Im Vergleich zu den Algorithmen mit öffentlichem Schlüssel sind die symmetrischen Algorithmen sehr schnell, und deshalb werden sie zum Verschlüsseln sehr großer Datenmengen bevorzugt. Einige der üblicheren symmetrischen Algorithmen sind RC2, RC4 und die Datenverschlüsselungsnorm DES (Data Encryption Standard).
Algorithmen mit öffentlichem Schlüssel (asymmetrische Algorithmen) verwenden zwei unterschiedliche Schlüssel: den öffentlichen Schlüssel und den privaten Schlüssel. Der private Schlüssel wird von dem Besitzer des Schlüsselpaars privat gehalten, und der öffentliche Schlüssel kann an alle verteilt werden, die ihn anfordern (häufig über ein Zeritifikat). Wenn der eine Schlüssel zum Verschlüsseln einer Nachricht verwendet wird, benötigt man den anderen Schlüssel zum Entschlüsseln der Nachricht.
Algorithmen mit öffentlichem Schlüssel sind sehr langsam – in der Größenordnung von 1000 mal langsamer als die symmetrischen Algorithmen. Demzufolge werden sie üblicherweise nur zum Verschlüsseln von Sitzungsschlüsseln verwendet. Sie werden auch zum Versehen von Nachrichten mit einer digitalen Signatur verwendet.
Einer der üblichsten Algorithmen mit öffentlichem Schlüssel ist die RSA-Public-Key-Cipher (RSA-Schiffrierung mit öffentlichem Schlüssel).
Digitale Signaturen können zum Verteilen eines unverschlüsselten Datenelementes verwendet werden, wobei die Empfänger überprüfen können, obe die Nachricht von ihrem angegebenen Sender stammt und nicht manipuliert oder gefälscht wurde. Das Signieren einer Nachricht ändert die Nachricht nicht, es erzeugt einfach eine digitale Signatur-Zeichenkette (String), die entweder zusammen mit der Nachricht oder getrennt übertragen werden kann.
Digitale Signaturen werden mittels Signaturalgorithmen mit öffentlichem Schlüssel erzeugt. Ein privater Schlüssel wird zum Erzeugen der Signatur verwendet, und der entsprechende öffentliche Schlüssel wird zum Überprüfen der Signatur verwendet.
Die Authentisierung umfaßt die Überprüfung der Identität einer Person oder Einheit. Zertifikate sind eine übliche Art, eine Authentisierung zu erhalten. Ein Zertifikat ist ein Datensatz, der eine Einheit vollständig identifiziert, und es wird von einer authorisierten Zertifizierungsstelle (CA) erst ausgegeben, wenn dieses Stelle überprüft hat, daß die Einheit diejenige ist, die sie vorgibt zu sein. Der Datensatz umfaßt den öffentlichen Verschlüsselungs-Schlüssel der Einheit. Wenn der Sender einer Nachricht Daten mit seinem privaten Schlüssel signiert (und eine Kopie seines Zertifikats mit der Nachricht übersendet), kann der Empfänger der Nachricht den öffentlichen Schlüssel des Senders (den er mit dem Zertifikat erhält) dazu verwenden, zu überprüfen, daß der Sender der ist, der er vorgibt zu sein. Zertifikate können auch dazu verwendet werden, zu überprüfen, daß Daten (einschließlich Anwendungsprogramme) von einer zuverlässigen Quelle quittiert wurden.
In einem Netz gibt es häufig ein zuverlässiges oder vertrauenswürdiges Anwendungsprogramm, daß auf einem sicheren Rechner läuft, der als die authorisierte Zertifizierungsstelle bekannt ist. Dieses Anwendungsprogramm kennt den öffentlichen Schlüssel jedes Benutzers. Die authorisierten Zertifizierungsstellen geben Nachrichten aus, die als Zertifikate bekannt sind, und von denen jede den öffentlichen Schlüssel einer seiner Klienten/Benutzer enthält. Jedes Zertifikat wird mit dem privaten Schlüssel der Zertifizierungsstelle signiert.
Die im folgenden beschriebene Erfindung verwendet Techniken, wie die an sich bekannte digitale Verschlüsselung, Signierung und Authentisierungstechniken, die oben beschrieben sind. Weitere Information zu diesen Techniken findet man bei Bruce, Schneier: Applied Cryptography Second Edition: Protocols, Algorithms, and Source Code in C; John Wiley & Sons, 1996, auf das hier Bezug genommen wird. In der folgenden Erörterung der Erfindung wird angenommen, daß der Leser mit diesen Themen grundsätzlich vertraut ist.
Beispiel einer Betriebsumgebung
1 und die folgende Erläuterung sollen eine kurze allgemeine Beschreibung einer geeigneten Rechenumgebung vorsehen, in der die Erfindung realisiert werden kann. Obwohl nicht erforderlich, wird die Erfindung allgemein in Verbindung mit von Computern ausführbaren Befehlen, wie Programmodulen, beschrieben, die von einem Personalcomputer aus geführt werden. Die Programmodule umfassen im allgemeinen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen etc., die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen realisieren. Der Fachmann wird darüberhinaus verstehen, daß die Erfindung auch mit anderen Rechnersystem-Konfigurationen realisiert werden kann, einschließlich Handgeräten, Multiprozessorsystemen, mikroprozessor-gestützter oder programmierbarer Verbraucherelektronik, Netzwerk-PCs, Minicomputern, Mainframe-Rechnern und dergleichen. Die Erfindung kann auch in verteilten Rechnerumgebungen praktiziert werden, bei denen Aufgaben von voneinander entfernten Verarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, die über ein Übertragungsnetz verbunden sind. In einer verteilten Rechnerumgebung können die Programmodule sowohl in örtlichen (zentralen) als auch in entfernten (dezentralen) Speichereinrichtungen liegen.
In 1 ist ein beispielhaftes System zur Realisierung der Erfindung gezeigt, das eine Allzweck-Rechenvorrichtung in der Form eines üblichen Personalcomputers 20 aufweist, mit einer Verarbeitungseinheit 21, einem Systemspeicher 22 und einem Systembus 23, der verschiedene Systemkomponenten, einschließlich des Systemspeichers, mit der Verarbeitungseinheit 21 verbindet. Der Systembus 23 kann eine von verschiedenen Arten von Busstrukturen aufweisen, einschließlich einem Speicherbus oder einer Speicher-Steuereinrichtung, einem Peripheriebus und einem lokalen Bus mit einer von vielen verschiedenen Busarchitekturen. Der Systemspeicher umfaßt einen Festspeicher (ROM) 24 und einen Arbeitsspeicher (RAM) 25. Ein Basis-Ein-Ausgabe-System (BIOS) 26, das die Basisroutinen enthält, die bei der Übertragung von Informationen zwischen Elementen innerhalb des Personalcomputers 20 helfen, z. B. während des Hochfahrens, ist im ROM 24 gespeichert. Der Personalcomputer 20 umfaßt ferner ein Festplattenlaufwerk 27 zum Lesen von und Schreiben auf eine Festplatte (nicht gezeigt), ein Magnetplattenlaufwerk 28 zum Lesen von und Schreiben auf eine entfernbare Magnetplatte 24 und ein optisches Plattenlaufwerk 30 zum Lesen von und Schreiben auf eine entfernbare optische Platte 31, wie eine CD-ROM oder ein anderes optisches Medium. Das Festplattenlaufwerk 27, das Magnetplattenlaufwerk 28 und das optische Plattenlaufwerk 30 sind über eine Festplattenlaufwerk-Schnittstelle 32, eine Magnetplattenlaufwerk-Schnittstelle 33 bzw. eine optische Laufwerk-Schnittstelle 34 mit dem Systembus 23 verbunden. Die Laufwerke und ihre zugehörigen computerlesbaren Medien bieten einen nichtflüchtigen Speicher für computerlesbare Befehle, Datenstrukturen, Programmodule und andere Daten für den Personalcomputer 20. Obwohl die hier beschriebene beispielhafte Umgebung eine Festplatte, eine entfernbare Magnetplatte 29 und eine entfernbare optische Platte 31 verwendet, würde der Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, daß in der beispielhaften Betriebsumgebung auch andere Arten computerlesbarer Medien verwendet werden können, die Daten speichern können, auf die von einem Computer zugegriffen werden kann, wie Magnetkassetten, Blitzspeicher-Karten (Flash-Speicher-Karten), digitale Bildplatten, Bernoulli-Kassetten, Arbeitsspeicher (RAMs), Festspeicher (ROMs) und dergleichen.
Auf der Festplatte, der Magnetplatte 29, der optischen Platte 31, dem ROM 24 oder dem RAM 25 können mehrere Progammodule gespeichert werden, einschließlich eines Betriebssystems 35, eines oder mehrerer Anwendungsprogramme 36, anderer Progammodule 37 und Programmdaten 38. Der Benutzer kann Befehle und Informationen in dem Personalcomputer über Eingabeeinrichtungen, wie eine Tastatur 40 und eine Lenkvorrichtung 42, eingeben. Andere Eingabeeinrichtungen (nicht gezeigt) können ein Mikrophon, einen Joystick, ein Spielpad, eine Satelitenschüssel, einen Scanner oder dergleichen umfassen. Diese und andere Eingabevorrichtungen sind mit der Verarbeitungseinheit 21 häufig über eine serielle Portschnittstelle 26 verbunden, die mit dem Systembus gekoppelt ist, sie können jedoch auch über andere Schnittstellen angeschlossen sein, wie einen parallelen Port, einen Game-Port oder einen universellen seriellen Bus (USB). Ein Monitor 47 oder eine andere Art Anzeigeeinrichtung ist ebenfalls über eine Schnittstelle mit dem Systembus 23 verbunden, z. B. über einen Videoadapter 48. Zusätzlich zu dem Monitor weisen Personalcomputer üblicherweise andere Peripherieausgabegeräte (nicht gezeigt) auf, wie Lautsprecher und Drucker.
Der Personalcomputer 20 kann in einer vernetzten Umgebung arbeiten, die logische Verbindung zu einem oder mehreren entfernten Computern nutzt, wie dem entfernten Computer 49. Der entfernte Computer 49 kann ein anderer Personalcomputer, ein Server, eine Leitwegsteuereinrichtung (Router), ein Netzwerk-PC, ein gleichrangiges Gerät oder ein anderer üblicher Netzknoten sein, und er umfaßt üblicherweise viele oder alle der oben in bezug auf den Personalcomputer 20 beschriebenen Elemente, obwohl in 1 nur eine Speichervorrichtung 50 abgebildet ist. Die in 1 gezeigten logischen Verbindungen umfassen ein lokales Netz (LAN) 51 und ein Fernnetz (WAN) 52. Solche Netzumgebungen sind in Büros, unternehmensweiten Computernetzen, Intranetzen und dem Internet allgemein üblich.
Wenn der Personalcomputer 20 in einer LAN-Netzumgebung eingesetzt wird, ist er mit dem lokalen Netz 51 über eine Netzschnittstelle oder einen Adapter 53 verbunden. Wenn er in einer WAN-Netzumgebung eingesetzt wird, umfaßt der Personalcomputer 20 üblicherweise ein Modem 54 oder eine andere Vorrichtung zum Aufbauen von Datenübertragungen über das Fernnetz 52, z. B. das Internet. Das Modem 54, das im oder außerhalb des Computers liegen kann, ist mit dem Systembus 23 über die serielle Portschnittstelle 46 verbunden. In einer Netzumgebung können Programmodule, die in bezug auf den Per sonalcomputer 20 dargestellt sind, oder deren Teile in der entfernten Speichervorrichtung gespeichert sein. Man wird verstehen, daß die gezeigten Netzverbindungen lediglich Beispiele sind, und daß auch andere Vorrichtungen zum Einrichten eines Übertragungsweges zwischen den Computern eingesetzt werden können.
Der gezeigte Computer verwendet ein Betriebssystem, z. B. aus der Windows-Betriebssystemreihe, die von der Microsoft Corporation erhältlich sind. Die im folgenden beschriebene Funktionsweise wird mit üblichen Programmiertechniken realisiert, welche die Verwendung von OLE- und COM-Schnittstellen umfaßt, die z. B. von Kraig Brockschmidt in: Inside OLE 2; Microsoft Press, 1994 beschrieben wurden, worauf Bezug genommen wird.
Die jüngeren Windows-Betriebssysteme verwenden etwas, das Win32 API genannt wird: eine genau definierte Gruppe aus Schnittstellen, welche es den Anwendungsprogrammen ermöglichen, die von den Windows-Betriebssystemen vorgesehenen Funktionen zu nutzen. Win32 API ist in zahlreichen Veröffentlichungen dokumentiert, einschließlich. von Richard Simon: Windows 95 Win32 Programming API Bible; Wait Group Press, 1996, auf das Bezug genommen wird. In der folgenden Erläuterung der Erfindung wird angenommen, daß der Leser mit dieser Art der Programmierung grundsätzlich vertraut ist.
Überblick über die Funktionalität und Architektur
2 zeigt die Komponenten der Architektur eines geschützten Speichersystems gemäß der Erfindung zum Speichern von Datenelementen und zum Schützen derselben gegen einen unerlaubten Zugriff. Das geschützte Speichersystem erlaubt es Anwendungsprogrammen, Datenelemente sicher zu speichern, die privat gehalten und nicht manipuliert werden sollen. Solche Datenelemente umfassen kryptographische Schlüssel oder Verschlüsselungs-Schlüssel, Paßworte, Finanzinformation, vertrauliche Berichte etc. Das Speichersystem ist so konzipiert, daß es kleine Einheiten aus geheimen Kerndaten bei einer zentralen gemeinsamen Speicherstelle aufbewahren kann; wenn viele Daten geschützt werden sollen, kann anstelle der Daten selbst geheime Urladeinformation (wie ein Verschlüsselungs-Schlüssel) in dem Speichersystem gespeichert werden. Dadurch können die Datenelemente gegebenenfalls auf kleine sichere Hardwareeinrichtungen, wie Smartcards, übertragen werden, und dadurch wird auch ein unnötiger Verwaltungsaufwand vermieden, der anderenfalls zum Sichern großer Datenfelder notwendig wäre.
Das geschützte Speichersystem wird von einem Computer betrieben, wie dem oben mit Bezug auf 1 beschriebenen. Anwendungsprogramme, wie das in 2 gezeigte Anwendungsprogramm 102, werden ebenfalls von dem Computerprogramm ausgeführt.
Das Speichersystem 100 umfaßt eine Speicherserverkomponente 104, die auch als Verteiler (Dispatcher) bezeichnet ist. Grundsätzlich empfängt der Speicherserver über die Pstore-Schnittstelle 110 Datenelemente von den Anwendungsprogrammen, speichert die Datenelemente sicher und gibt die Datenelemente abhängig von Anfragen der Anwendungsprogramme zurück. Der Speicherserver führt auch Authentisierungs- und Überprüfungsprozeduren in bezug auf die anfragenden Anwendungsprogramme durch, wie unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben ist.
Dem Speicherserver zugeordnet sind mehrere installierbare Speicherprovider 106 und mehrere installierbare Authentisierungsprovider 108. Bestimmte Speicherprovider werden von dem Speicherserver aufgerufen, um Datenelemente sicher zu speichern und wiederzugewinnen. Einer oder mehrere Authentisierungsprovider werden von dem Speicherserver aufgerufen, um die momentanen Benutzer des Rechners zu identifizieren und/oder zu authentisieren.
In dem Speichersystem ist ein Standard-Speicherprovider realisiert. Der Standard-Speicherprovider verschlüsselt Datenelemente und speichert sie dann auf einer Festplatte oder einer Diskette. Die Verschlüsselung stützt sich auf einen oder mehrere Schlüssel, die aus der Authentisierung des momentanen Benutzers des Computers abgeleitet werden. Der Standard-Speicherprovider prüft auch die Unversehrtheit der Datenelemente, wenn er diese wiedergewinnt und entschlüsselt.
Ferner ist ein Standard-Authentisierungsprovider in dem Speichersystem realisiert. Der Standard-Authentisierungsprovider wird von dem Speicherserver aufgerufen, um den momentanen Benutzer des Computers gestützt auf zuvor abgeschlossene Anmeldungsprozeduren des Betriebssystems zu identifizieren. Insbesondere identifiziert der Standard-Authentisierungsprovider den momentanen Benutzer des Computers gestützt auf die Anmeldeidentifikation und das Paßwort, die von dem Benutzer geliefert werden, wenn er sich in dem Betriebssystem des Computers oder dem Betriebssystem eines Netzes anmeldet (log-on).
Obwohl Standard-Speicher- und Authentisierungsprovider realisiert sind, können in der Zukunft zusätzliche Provider installiert werden, um neue Speicher- und Authentisierungstechnologien auszunutzen. Es könnte z. B. ein Smartcard-Speicherprovdier installiert werden, um die Speicherung von Kerndatenelementen auf einer Smartcard zu ermöglichen. Ähnlich könnte ein Smartcard-Authentisierungsprovider vorgesehen werden, um Benutzer zu authentisieren, die ihre Smartcard in einen Smartcard-Leser einführen müßten. In beiden Fällen könnte die Smartcard Verschlüsselungstechniken mit öffentlichem Schlüssel verwenden.
Zwischen dem Speicherserver und den verschiedenen Providern werden genau definierte COM-Schnittstellen verwendet, wodurch neue Provider leicht installiert und auf dem Speicherserver registriert werden können. Anwendungsprogramme können unabhängig davon, welche Provider verwendet werden, dieselben Aufrufe an den Speicherserver 102 richten. Dadurch können die Anwendungsprogramme so geschrieben werden, daß sie zukünftige Technologien ausnutzen, indem sie einfach mit dem Speicherserver 102 eine Wechselbeziehung aufbauen, ohne sich selbst mit den Einzelheiten dieser zukünftigen Technologien auseinandersetzen zu müssen.
Zur Erhöhung der Sicherheit wird das geschützte Speichersystem in einem anderen Adressraum realisiert als das aufrufende Anwendungsprogramm. Datenübertragungen über die Prozeß- oder Adressraumgrenze finden mit Hilfe von Prozeßfernaufrufen (RPC; remote process calls) statt. Solche Aufrufe können unter dem Windows-Betriebssystem und auch beim Arbeiten mit anderen Betriebssystemen durchgeführt werden. Die Funktion und Formatierung von RPC-Aufrufen ist in Microsoft Win32 Software Development Kit dokumentiert.
Obwohl Anwendungsprogramme RPC-Aufrufe direkt ausführen können, ist es weniger kompliziert, wenn man eine dynamische Bibliothek (DLL; dynamically linked library) vorsieht, die in den Adressräumen der Anwendungsprogramme ausgeführt werden kann. Diese Bibliothek, die in 2 als Pstore-Schnittstelle 110 bezeichnet ist, realisiert mehrere Schnittstellen und zugehörige Verfahren, die von den Anwendungsprogrammen aufgerufen werden können, um die vollständige Funktionspalette des geschützten Speichersystems auszunutzen. Die Schnittstellen umfassen Verfahren zum Erzeugen und Lesen von Datenelementen sowie andere nützliche Funktionen. Die Schnittstellen und Verfahren sind bei mittels COM-Schnittstellen des Betriebssystems Windows realisiert (COM = Component Object Model; Komponenten-Objektmodell).
Zugangssteuerung zu geschützten Daten
Das hier beschriebene geschützten Speichersystem hat leistungsfähige Möglichkeiten zum Steuern des Datenzugangs. Das Speichersystem bietet zwei Ebenen des Datenschutzes: einen Schutz auf der Anwendungsebene und einen Schutz auf der Benutzerebene. Auf der Anwendungsebene gibt der Speicherserver angeforderte Datenelemente nur an authorisierte anfordernde Anwendungsprogramme zurück. Ferner authentisiert der Speicherserver die anfordernden Anwendungsprogramme, bevor er die einzelnen Datenelemente zurückgibt. Die Authentisierung der Anwendungsprogramme bezeichnet einen Vorgang, bei dem ermittelt wird, ob ein Anwendungsprogramm manipuliert wur de, oder einen anderen Prozeß zum Überprüfen der Vertrauenswürdigkeit eines Programms durch die Verwendung digitaler Verschlüsselungssignaturen mit öffentlichen/privaten Schlüsseln, oder anderer Mittel. Der Authenticode von Microsoft ist ein Mechanismus, der dafür zur Verfügung steht, mittels digitaler Signaturen zu überprüfen, ob ein Anwendungsprogramm von einer bestimmten Person, Gruppe oder Organisation veröffentlicht wurde und daher vertrauenswürdig ist. Die Authenticode-Funktion ist von der Microsoft Corporation als Teil ihres Win32 Software Development Kits öffentlich erhältlich.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform werden Datenelemente hierarchisch durch Spezifizieren von Typen und Untertypen wie folgt organisiert:
Typ – Untertyp – Datenelement
Es gibt vordefinierte Typen und Untertypen, und Anwendungsprogramme können neue Typen und Untertypen erzeugen. Für die Datenelemente, die zu bestimmten Typen und Untertypen gehören, können unterschiedliche Schutzebenen eingerichtet werden. Insbesondere wird für jeden Untertyp ein Zugangsregelsatz spezifiziert. Ein Zusatzregelsatz enthält Regeln für verschiedene Typen und Untertypen der Datenelemente. Der Zugang zu einem Datenelement eines bestimmten Untertyps wird gewährt, wenn eine einzige Regel des entsprechenden Regelsatzes erfüllt ist. Jede Zugangsregel umfaßt einen Modus und eine oder mehrere Zugangsklauseln; alle Zugangsklauseln müssen erfüllt sein, bevor die Regel als erfüllt angesehen wird. Der Modus gibt die Zugangsart an, welche genehmigt wird, wenn die Klauseln einer Regel erfüllt sind. Derzeit sind zwei Zugangsmodi definiert: Lese- und Schreibzugang.
Derzeit gibt es drei Arten von Zugangsklauseln: Authenticode (Authentisierungscode), Binary Check (binäre Überprüfung) und Security Descriptor (Sicherheits-Descriptor). Authenticode überprüft, ob das Anwendungsprogramm, das Zugang auf die geschützten Daten anfordert, sicher ist, und kann optimal ermitteln, ob der Erzeuger, und somit die Anwendung des Erzeugers, vertrauenswürdig ist. Binary Check stellt sicher, daß ein Programm seit der Installation nicht manipuliert wurde. Die Security Descriptor-Klausel gewährt Zugang gestützt auf Windows NTC-Zugangssteuerlisten (ACLs; access control list).
Authenticode ist ein gut dokumentiertes Produkt und ein Dienst, der von der Microsoft Corporation erhältlich ist. Wenn die Authenticode-Klausel zur Zeit der Erzeugung des Untertyps spezifiziert wird, wird überprüft, ob die anfordernde Anwendung signiert ist oder nicht, und wenn sie signiert ist, von wem. Die Klausel kann eine bestimmte Quelle, einen bestimmten Aussteller von Zertifikaten, Veröffentlicher (Signierer), einen Programmnamen oder eine Kombination aus vorstehendem spezifizieren. Der Zugang wird nur gewährt, wenn die spezifizierten Kriterien erfüllt sind. Wenn keine Kriterien spezifiziert sind, führt die Überprüfung dazu, daß jede von Authenticode übrprüfte Anwendung oder jedes überprüfte Modul Zugang zu den Daten erhält. Die Überprüfung mittels Authenticode verifiziert auch das binäre Bild des untersuchten Moduls.
Binary Check wird realisiert, indem eine Prüfsumme (Hash) eines binären Bildes eines Anwendungsprogramms bei der Initialisierung herangezogen wird. Wenn das Anwendungsprogramm später nach Daten fragt, zieht das Speichersystem die Prüfsumme des Speicherbildes heran und vergleicht sie mit der ursprünglichen Prüfsumme. Die beiden Prüfsummen müssen übereinstimmen, bevor das geschützte Speichersystem dem Anwendungsprogramm Zugang zu den angeforderten Daten gewährt. Wenn sich somit das Anwendungsprogramm geändert hat, seit es installiert wurde, und es somit wahrscheinlich ist, daß es manipuliert wurde, sind die Daten geschützt, und der Anwendung wird der Zugang zu den Daten verweigert.
Die Security Descriptor-Klausel soll nur bestimmten Benutzergruppen Zugang gewähren, und sie wird daher auf Windows-NT-Plattformen durchgesetzt. Diese Klausel holt sich die notwendige Information über die Benutzer und Gruppen aus den ACLS, die in dem Windows NT-Sicherheitsdescriptor enthalten sind.
Auf der Benutzerebene gewährt der Speicherserver Zugang zu einzelnen Datenelementen abhängig von dem momentanen Benutzer des Computers; gemäß dem Standard oder der Voreinstellung erhält nur der Benutzer Zugang zu einem Datenelement, der es erzeugt hat. Ein Benutzer kann diese Voreinstellung jedoch verändern, indem er beim Erzeugen und Speichern von Datenelementen geeignete Optionen spezifiziert, oder der Benutzer kann die Zugangsrechte zu den Daten später verändern.
Benutzer- und Anwendungsprogramme können Sicherheitsstile (Styles) spezifizieren, die einen Grad oder eine Art der Bestätigung oder Authentisierung spezifizieren, der zum Zugreifen auf ein bestimmtes Datenelement erforderlich ist; z. B., ob ein Paßwort notwendig ist. Die heutige Ausführungsform – mit dem Standard-Authentisierungsprovider – unterstützt die folgenden Zugangsstile:

– stummer Zugang: es ist keine Interaktion des Benutzers notwendig. Die Authentisierung stützt sich auf eine zuvor abgeschlossene Authentisierungsprozedur des Betriebssystems des Computers oder Netzes. In den meisten Fällen verläßt sich diese Art der Authentisierung darauf, daß der Benutzer während einer vorhergehenden Anmeldeprozedur das richtige Paßwort eingeben kann, und wenn auf die geschützten Daten tatsächlich zugegriffen wird, ist keine weitere Interaktion notwendig.
– Anmeldepaßwort: Es wird ein Dialogkasten angezeigt, der den Benutzer auffordert, das Paßwort einzugeben, daß er zuvor beim Anmelden auf dem Computer oder in dem Netz verwendet hat.
– Benutzerdefiniertes Paßwort: Der Benutzer spezifiziert ein Paßwort, wenn ein Element erstmalig gespeichert wird, und er muß das Paßwort eingeben, bevor er erneut auf die Daten zugreifen kann. Solche Paßworte können sich für unterschiedliche Datenelemente unterscheiden, oder Gruppen aus Datenelementen können unter demselben Paßwort gespeichert werden.
– OK/Löschen: Wenn ein Anwendungsprogramm versucht, auf die Daten zuzugreifen, erscheint ein Dialogkasten. Der Benutzer reagiert auf den Dialogkasten durch Anklicken einer OK- oder Verweigerungstaste, wodurch er einem anfragenden Anwendungsprogramm den Zugang zu den Daten gewährt oder den Zugang verweigert.

Wie aus den verschiedenen Arten der Zugangsstile offensichtlich wird, kann das Zugreifen auf Elemente in dem geschützten Speicher die Interaktion des Benutzers erfordern. Diese Interaktion wird durch die Verwendung eines Benutzerwarn-Dialogkastens realisiert. Üblicherweise muß der Benutzer ein Paßwort eingeben, wenn ein Benutzerwarn-Dialogkasten auftaucht. Jedoch können verschiedene Authentisierungsprovider unterschiedliche Arten von Reaktionen erwarten (wie das physische Einfügen eines Hardware-Tokens oder biometrische Authentisierungsprozeduren).
Um zu verhindern, daß angreifende Programme ähnliche Benutzerwarndialoge darstellen und dadurch Zugang zu geheimen Daten erlangen, können die Benutzerwarndialoge von dem Benutzer angepaßt werden. Insbesondere kann ein Benutzer ein bestimmtes Hintergrund- oder digitales Wasserzeichen spezifizieren, daß in dem Benutzerwarn-Dialogkasten verwendet wird. Alternativ kann ein solches Wasserzeichen für den Benutzer nach dem Zufallsprinzip erzeugt werden. Der Benutzer wird mit dem gewählten Wasserzeichen vertraut und erkennt dadurch nicht authorisierte Dialogkästen, die von angreifenden Anwendungsprogrammen erzeugt wurden.
Datenverschlüsselung, Entschlüsselung und Authentisierung
Verschiedene Speicherprovider können gespeicherte Daten auf unterschiedliche Arten schützen. Üblicherweise wird jedoch immer irgendeine Art der Verschlüsselung verwendet. Der hier beschriebene Standard-Provider verwendet ein Verschlüsselungsverfahren, daß sich auf ein Paßwort stützt, bei dem Datenelemente gestützt auf ein vom Benutzer geliefertes Paßwort oder einen anderen Code, der mit der Authentisierung des Benutzers in Verbindung steht, verschlüsselt werden, bevor die Datenelemente gespeichert werden. Wenn die Datenelemente wiedergewonnen werden, stützt sich die Entschlüsselung auf dasselbe Paßwort oder denselben Code.
Wenn ein Datenelement durch den erläuterten Sicherheitsstil mit ”benutzerdefiniertem Paßwort” geschützt ist, gibt der Benutzer während eines Authentisierungsschrittes ein Paßwort für jedes Datenelement explizit ein, wobei dieser Schritt ausgelöst wird, bevor Zugang zu einem einzelnen Datenelement gewährt wird. Im Falle eines ”stummen Zugangs” stützen sich die Verschlüsselung und die Entschlüsselung auf ein Paßwort oder einen anderen Code, der von dem momentanen Benutzer des Computers während einer vorhergehenden Authentisierungs- oder Anmeldeprozedur des Betriebssystems des Computers oder des Netzes geliefert wurde. Üblicherweise werden der Anmeldename und das Paßwort des Benutzers dazu verwendet, einen Schlüssel zu bilden oder abzuleiten, der zum Verschlüsseln und Entschlüsseln der Datenelemente verwendet wird.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird eine Technik mit Schlüsseln in mehreren Ebenen verwendet, um Datenelemente gestützt auf vom Benutzer gelieferte Codes oder Paßworte zu verschlüsseln. Diese Technik ist in 3 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform verwenden die Verschlüsselung und die Entschlüsselung einen oder mehr Schlüssel, die aus den gelieferten Paßworten oder Anmeldecodes abgeleitet werden. Wie erwähnt, können das Paßwort oder der Code entweder aus einem vorhergehenden Authentisierungsschritt entnommen werden, oder das Speichersystem kann den momentanen Be nutzer des Computers nach einem Paßwort fragen.
Im allgemeinen wird für jedes Datenelement nach dem Zufallsprinzip ein Elementschlüssel erzeugt. Das Datenelement wird mit seinem entsprechenden Elementschlüssel verschlüsselt. Ein Elementauthentisierungsschlüssel wird ebenfalls für jedes Datenelement nach dem Zufallsprinzip erzeugt und zum Erzeugen eines Elementauthentisierungscodes verwendet. Elementauthentisierungscodes werden während der Entschlüsselung verwendet, um sicherzustellen, daß die Datenelemente richtig entschlüsselt werden.
Der Elementschlüssel und der Elementauthentisierungsschlüssel werden dann mit einem Masterschlüssel verschlüsselt. Der Masterschlüssel ist eine nach dem Zufallsprinzip erzeugte Zahl. Es wird auch ein Masterauthentisierungsschlüssel erzeugt und zum Berechnen eines Schlüsselauthentisierungscodes verwendet, so daß später die richtige Entschlüsselung des Elementschlüssels und des Elementauthentisierungsschlüssels überprüft werden kann. Schließlich werden der Masterschlüssel und der Masterauthentisierungsschlüssel mit einem Paßwort verschlüsselt, das aus der Authentisierung oder Identifikation des Benutzers abgeleitet wird.
Bei den spezifischen Schritten der 3 ist ein einzelnes Datenelement, das verschlüsselt und gespeichert werden soll, mit dem Bezugszeichen 130 bezeichnet. Zum Verschlüsseln des Datenelementes 130 mit einem Elementschlüssel 132 wird ein Schritt oder eine Operation 131 ausgeführt. Insbesondere wird der Verschlüsselungs-Schlüssel 132 dazu verwendet, mit dem Datenelement 130 eine DES-Verschlüsselung durchzuführen. Der Elementschlüssel 132 wird von dem Standard-Speicherprovider als eine Zufallszahl erzeugt.
Der Speicherprovider führt auch einen Schritt 133 aus, in dem er für das einzelne Datenelement 130 einen Elementauthentisierungscode erzeugt. Der Elementauthentisierungscode wird mit Hilfe eines MAC (message authentication code; Nachrichtenauthentisierungscode) in Verbindung mit einem nach dem Zufallsprinzip erzeugten Element authentisierungsschlüssel 134 erzeugt. MACs sind in dem oben erwähnten Text von Schneier beschrieben.
Dann wird ein weitere Schritt 140 ausgeführt, in dem der Elementschlüssel 132 und der Elementauthentisierungsschlüssel 134 mit einem Masterschlüssel 141 verschlüsselt werden, wobei wiederum die oben erwähnte DES-Verschlüsselung verwendet wird. Der Masterschlüssel ist eine Zufallszahl. In einem Schritt 142 wird ein Schlüsselauthentisierungscode für die Kombination aus dem Elementschlüssel und dem Elementauthentisierungsschlüssel erzeugt. Der Schlüsselauthentisierungscode wird mit einem MAC in Verbindung mit einem nach dem Zufallsprinzip erzeugten Masterauthentisierungsschlüssel 143 erzeugt.
In einem Schritt 145 wird die Verschlüsselung des Masterschlüssels und des Masterauthentisierungsschlüssels mit einem Benutzerschlüssel 146 durchgeführt. Hierbei handelt es sich wiederum um eine DES-Verschlüsselung.
Der Benutzerschlüssel wird aus einem vom Benutzer gelieferten Paßwort oder Code abgeleitet, das in 3 durch das Bezugszeichen 147 bezeichnet ist. Zum Erzeugen des Masterschlüssels wird das vom Benutzer gelieferte Paßwort 147 an eine Zufallszahl angehängt, die als Salz (salt) 148 bezeichnet ist, und in einem Schritt 149 wird mit eine SHA-1-Hash-Funktion ein Hash-Code gebildet. Dies führt zu einer Zahl, die als der Benutzerschlüssel verwendet wird.
Nach Ausführung dieser Schritte speichert der Speicherserver die verschlüsselten einzelnen Datenelemente, den Elementauthentisierungscode, den verschlüsselten Elementschlüssel, den verschlüsselten Elementauthentisierungsschlüssel, den Schlüsselauthentisierungscode, den verschlüsselten Masterschlüssel und den verschlüsselten Masterauthentisierungscode, damit sie später wiedergewonnen werden können, wenn ein authorisiertes Anwendungsprogramm sie benötigt.
Das Wiedergewinnen umfaßt den umgekehrten Vorgang. Die verschlüsselten Elemente werden aus dem Speicher abgerufen. Der Speicherprovider leitet aus dem vom Benutzer gelieferten Paßwort den Benutzerschlüssel ab und verwendet den Benutzerschlüssel zum Entschlüsseln des Masterschlüssels und des Masterauthentisierungsschlüssels. Der Masterauthentisierungsschlüssel wird in Verbindung mit dem spezifizierten MAC dazu verwendet, zu überprüfen, ob der Masterschlüssel richtig entschlüsselt wurde. Dann wird der Masterschlüssel zum Entschlüsseln eines geeigneten Elementschlüssels und eines entsprechenden Elementauthentisierungsschlüssels verwendet. Der Elementauthentisierungsschlüssel wird in Verbindung mit dem MAC dazu verwendet, zu überprüfen, ob der Elementschlüssel richtig entschlüsselt wurde. Dann wird der Elementschlüssel dazu verwendet, das eigentliche Datenelement zu entschlüsseln.
Dieser Prozeß ermöglicht es, alle Datenelemente eines Benutzers mit Hilfe eines einzigen Masterschlüssels zu kontrollieren, der seinerseits als Funktion des Paßwortes des Benutzers verschlüsselt wird. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß Datenelemente nicht neu verschlüsselt werden müssen, wenn der Benutzer sein Paßwort ändert. Stattdessen muß nur der Masterschlüssel neu verschlüsselt werden.
Überprüfung der Unversehrtheit des Speichersystems
der Speicherserver, die Speicherprovider und die Authentisierungsprovider verwenden Sicherheits-Verriegelungsmechanismen, um Sicherheitsverletzungen zu verhindern, die sich aus der Manipulation der Systemkomponenten ergeben könnten. Diese Mechanismen nutzen Verschlüsselungstechniken.
Eine Motivation für die Sicherheitsverriegelungsmechanismen liegt darin, zu verhindern, daß nicht authorisierte Provider von dem Speicherserver geladen werden. Es ist besonders wichtig, zu verhindern, daß sich ein nichtauthorisiertes Modul als ein authorisierter Provider verkleidet, weil ein nichtauthorisiertes Modul geheime Daten aus dem System stehlen könnte. Eine andere Motivation liegt darin, zu verhindern, daß der Speicherserver selbst manipuliert wird.
Wenn der Server und die Provider versandt werden, sind sie mit dem privaten Schlüssel eines öffentlichen/privaten Verschlüsselungs-Schlüsselpaares digital signiert – der private Schlüssel hat einen entsprechenden öffentlichen Schlüssel. Der öffentliche Schlüssel wird dann in den verschiedenen Modulen des Servers und der Provider fest codiert. Der Server und die Provider sind so konfiguriert, daß sie die Signaturen des jeweils anderen mit Hilfe des öffentlichen Verschlüsselungs-Schlüssels immer dann überprüfen, wenn eine einzelne Komponente geladen und ausgeführt wird. Wenn der Server geladen wird, überprüft er zunächst seine eigene Unversehrtheit, indem er seine eigene digitale Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel überprüft. Der Server prüft dann die digitalen Signaturen anderer Kernkomponenten immer dann, wenn sie geladen werden. Während jede Komponente geladen wird, überprüft sie die digitale Signatur des Servers. Wenn eine Überprüfung auf Unversehrtheit negativ ausfällt, arbeitet keine der Komponenten.
Authentisierung anfordernder Anwendungsprogramme
Wie oben erläutert, kann der Zugang zu Datenelementen gestützt darauf beschränkt werden, welche Anwendungsprogramme versuchen, auf die Datenelemente zuzugreifen. Damit dieses Merkmal zuverlässig arbeitet, muß das Speichersystem überprüfen, daß sie Anwendungsprogramme sind, wer sie vorgeben zu sein, und daß sie nicht manipuliert wurden. Dieser Prozeß wird als Programmauthentisierung bezeichnet. Eine Option besteht darin, Programme gestützt auf eine binäre Überprüfung zu Authentisieren. Eine solche Authentisierung wird in zwei Speicherservermodulen ausgeführt: Dem Indentifikationsmodul und dem Durchsetzungsmodul.
Das Identifikationsmodul ist verantwortlich für die Abfrage des Klienten, der den Speicherserver aufruft. Um einen Prozeß zu iden tifizieren, der zu einer Anfrage gehört, werden die folgenden Schritte ausgeführt:

1. Das Klient-Anwendungsprogramm identifiziert sich gegenüber dem Server selbst, indem es diesem zwei Informationsstücke liefert: eine Prozeß-ID (Prozeßidentifikation) und ein Thread Handle (Zugangsparameter zu Anwendungsprogrammeinheiten). Die Prozeß-ID wird mit dem Systemaufruf GetCurrentProcessId() erhalten; der Threat Handle wird mit den Systemaufrufen GetCurrentThreat() und DuplicateHandle() erhalten.
2. Der Speicherserver öffnet einen Handle (Zugriffsparameter) zu dem Klienten, indem er die Prozeß-ID in einem Aufruf an den Systemaufruf OpenProcess() verwendet. Der Speicherserver speichert diesen Handle zum späteren Gebrauch.
3. Der Klient fordert Datenelemente an.
4. Der Server verwendet den oben erhaltenen Process Handle zum Analysieren des Speicheradressraums, der zu dem Klientprozeß gehört. Der Server verwendet diesen Handle auch dazu, das darunterliegende Betriebssystem nach ausführbaren Modulen (.exe,.dll, etc. Dateien) abzufragen, die in dem zugehörigen Prozeß vorkommen, zusätzlich zu der Ermittlung der Modul-Ladeadresse; das genaue Verfahren, das zum Abfragen des Betriebssystems verwendet wird, hängt von dem Betriebssystem ab.
5. Der Server hat nun eine vollständig Liste der Module, die zu dem Klienten gehören, und verwendet diese zum Analysieren des Aufrufstapels, der zu dem oben erhaltenen Threat Handle gehört. Der Systemaufruf StackWalk() wird dazu verwendet, die Kette der aufrufenden Programmeinheiten zu ermitteln, die zu dem Klient gehören.

Das Durchsetzungsmodul verwendet die von dem Identifikationsmodul gelieferten Ergebnisse für folgende Überprüfungen:

1. Überprüfen, ob die in den Klientprozeß geladene Abbildung nicht auf der Platte manipuliert wurde. Dies erreicht man durch Speichern einer verschlüsselten Darstellung der Datei(en), auf die Zugriff gewährt werden soll. Diese Verschlüsselte Darstellung wird zusammen mit den Darstellungen gespeichert. Zwei verschlüsselte Darstellungen der Datei sind möglich:
– Die gesamte Datei wird gelesen und dann dem Hash-Verschlüsselungsalgorithmus SHA-1 unterworfen. Das Ausgangssignal der Hash-Funktion wird zusammen mit den Daten gespeichert. Wenn später auf die Daten zugegriffen werden soll, wird die Hash-Funktion mit der auf der Platte gespeicherten Datei erneut berechnet und dann mit dem gemeinsam mit den Daten gespeicherten Ergebnis verglichen. Wenn diese gleich sind, geht der Prozeß zu dem zweiten Überprüfungsschritt unten weiter.
– Die Datei wird auf der Grundlage eines Zertifikats mit öffentlichem Schlüssel einer Gültigkeitsprüfung unterzogen. Dazu werden Microsoft Authenticode-Aufrufe verwendet, um zu überprüfen, daß die Abbildung nicht manipuliert wurde. Der Authenticode sorgt intern für die Hash-Verarbeitung der Plattenabbildung. Diese Verschlüsselungsdarstellung der Datei ist flexibler, weil sie auch eine Gültigkeitsprüfung im Verhältnis zu verschiedenen Feldern in dem Zertifikat ermöglicht, das an die spezielle Datei angehängt ist. Nach der Überprüfung mit Authenticode analysiert das System den Inhalt des Zertifikats, um sicherzustellen, daß er mit dem gemeinsam mit den Daten, auf die zugegriffen werden soll, gespeicherten Inhalt übereinstimmt.
2. Überprüfung, ob die Abbildung auf der Platte der Abbildung entspricht, die in den Klientprozeß geladen wird.
– Das zu überprüfende Modul wird auf dem Serveradressraum ”abgebildet”, wobei die System-API-Aufrufe CreateFileMapping() und MapViewOfFile() verwendet werden.
– Falls notwendig, wird das abgebildete Bild neu angeordnet – nur wenn die Abbildung nicht bei der bevorzugten Adresse in dem Adressraum des Klienten geladen wurde.
– Das System macht eine Schleife um den Kopfteil (Header) der Abbildung und sucht nach Nur-Lese-Abschnitten, wie Codeabschnitten, Betriebsmitteln und Nur-Lese-Daten. Für jeden Abschnitt aktualisiert es einen Hash-Verschlüsselungswert auf der Grundlage von SHA-1.
– Der Prozeßhandle-Ausgangswert aus dem Identifikationsmodul wird dann dazu verwendet, den Speicheradressraum zu lesen, bei dem das Modul geladen wurde. Dies erreicht man mit dem Systemaufruf ReadProcessMemory(). Jeder Abschnitt des Speichers wird auf die oben beschriebene Weise gelesen, wobei mit fortlaufendem Prozeß ein Hash-Verschlüsselungswert aktualisiert wird.
– Das System vergleicht die beiden Hash-Werte, die sich aus den unmittelbar vorhergehenden Schritten ergeben. Wenn sie übereinstimmen, wurde die Abbildung in dem Speicher nicht manipuliert.

Anwendungs-Schnittstellenfunktionen
Wie oben beschrieben werden an die Schnittstellen Anwendungsprogramme angelegt, so daß die Anwendungsprogramme die geschützten Speichermerkmale ausnutzen können, ohne daß sie selbst komplizierte Verschlüsselungsverfahren realisieren und RPC-Aufrufe machen müssen.
Schlußfolgerung
Die vorliegende Erfindung sieht eine vielseitige und effiziente Architektur vor, die im Vergleich zum Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen bietet. Ein wichtiger Vorteil besteht darin, daß unterschiedliche Anwendungsprogramme einen einzelnen vorgegebenen Server (Dienst) dazu verwenden können, geheime Kerndaten in einem zentralen Speicherbereich zu speichern. Dies fördert die Konsistenz unter den Anwendungen und beseitigt einen erheblichen Verwaltungsaufwand aus den Anwendungen. Die Benutzerschnittstelle ist ein Bereich, der von dieser Konsistenz profitiert, die von dem oben beschriebenen Speichersystem vorgesehen wird, weil die Aufforderung an den Benutzer von dem System anstelle von den einzelnen Anwendungsprogrammen erzeugt werden. Das Speichern von Datenelementen auf gleichförmige Weise ermöglicht es auch, daß sie von einem einzigen Managementprogramm verwaltet werden, das unabhängig von dem Anwendungsprogrammen selbst ist.
Ein weiterer bedeutender Vorteil der Erfindung ist, daß die zugrundeliegenden Details zur Sicherung der Datenelemente den aufrufenden Anwendungsprogrammen verborgen sind. Somit müssen Programmentwickler keine komplizierten Sicherheitsmechanismen realisieren; solche Mechanismen können durch einfache Aufrufe an das hier beschriebene Speichersystem realisiert werden. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, daß neue Technologien, wie Smartcards, von den Anwendungsprogrammen genutzt werden könne, ohne daß eine umfangreiche Neuprogrammierung notwendig ist.
Die Erfindung schützt Geheimnisse gegen Angriffen von Benutzer- oder Softwareseite, einschließlich Zugriffe durch Viren. Wichtig ist, daß die Zugangssteuerung außerhalb der Anwendungsprogramme verwaltet wird, welche die Datenelemente erzeugen und auf diese zugreifen. Da die Anwendungsprogramme keinen direkten Zugang zu dem Verschlüsselungsmaterial oder anderen Steuerdaten haben, impliziert der Zugriff auf eine Dateneinheit nicht den Zugriff auf andere Daten. Ferner behält das Speichersystem nicht selbst die Information zurück, die zum Entschlüsseln der gespeicherten Datenelemente erforderlich ist. Vielmehr muß ein Benutzer anwesend sein und ein richtiges Paßwort liefern, um die Datenentschlüsselung zu ermöglichen.
Ein weitere wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Benutzer nicht explizit ihre Paßworte eingeben müssen, wenn Zugang zu den Daten benötigt wird. Vielmehr wird die Authentisierung des Benutzers einmal ausgeführt, wenn sich der Benutzer auf dem Rechner oder in dem Netz anmeldet. Diese Anmeldeinformation wird sowohl für die Authentisierung des Benutzers als auch zum Ableiten von Schlüsseln für die Verschlüsselung und Entschlüsselung der Daten verwendet.
Obwohl die Erfindung anhand von Vorrichtungsmerkmalen und/oder Verfahrensschritten beschrieben wurde, muß man verstehen, daß die in den Ansprüchen definierte Erfindung nicht notwendig auf die speziellen beschriebenen Merkmale und Schritte beschränkt ist. Die speziellen Merkmale und Schritte sind vielmehr als Ausführungsbeispiele zur Realisierung der Erfindung offenbart. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims

System zum Speichern von Datenelementen und zum Schützen dieser Datenelemente gegen unerlaubten Zugriff, mit einem Speicherserver (104), der Datenelemente von Anwendungsprogrammen empfängt und diese Datenelemente abhängig von Anfragen der Anwendungsprogramme zurückgibt; einem oder mehreren Speicherprovidern (106), die von dem Speicherserver aufgerufen werden und die Datenelemente sicher speichern und wiedergewinnen; und einem oder mehreren Authentisierungsprovidern (108), die von dem Speicherserver aufgerufen werden, um momentane Benutzer des Systems zu identifizieren.
System nach Anspruch 1, bei dem der Speicherserver so konfiguriert ist, daß er installierbare Speicherprovider aufruft.
System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Speicherserver so konfiguriert ist, daß er installierbare Authentisierungsprovider aufruft.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Speicherserver in einem anderen Adressraum läuft als die Anwendungsprogramme.
System nach Anspruch 4, bei dem der Speicherserver über Prozedurfernaufrufe aufgerufen wird.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der eine oder die mehreren Authentisierungsprovider einen Authentisierungsprovider umfassen, der Benutzer gestützt auf eine vorhergehenden Netzauthentisierung identifiziert.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der eine oder die mehreren Speicherprovider einen Speicherprovider umfassen, der Datenelemente vor der Speicherung verschlüsselt und vor der Wiedergewinnung entschlüsselt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der eine oder die mehreren Speicherprovider einen Speicherprovider umfassen, der die Unversehrtheit der Datenelemente bei der Wiedergewinnung überprüft.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der eine oder die mehreren Speicherprovider einen Speicherprovider umfassen, der die Datenelemente mit einem oder mehreren Schlüsseln, die aus der Authentisierung des momentanen Benutzers des Systems abgeleitet werden, verschlüsselt und entschlüsselt.
System nach Anspruch 9, bei dem der eine oder die mehreren Schlüssel aus einem vom Benutzer gelieferten Code abgeleitet werden, wobei der Speicherserver den momentanen Benutzer nach dem vom Benutzer gelieferten Code fragt.
System nach Anspruch 9, bei dem der eine oder die mehreren Schlüssel aus einem Netzwerk-Anmeldecode abgeleitet werden, der von dem momentanen Benutzer des Systems geliefert wird.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der eine oder die mehreren Speicherprovider einen Speicherprovider umfassen, der Datenelemente unter Verwendung eines oder mehrerer Schlüssel, die aus einem vom Benutzer gelieferten Code abgeleitet werden, sicher speichert und wiedergewinnt.
System nach Anspruch 12, bei dem der vom Benutzer gelieferte Code ein Netzwerk-Anmeldecode ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der eine oder die mehreren Speicherprovider einen Speicherprovider umfassen, der Datenelemente nach Maßgabe der folgenden Schritte speichert; Verschlüsseln einzelner Datenelemente mit Elementschlüsseln; Verschlüsseln der Elementschlüssel mit einem Masterschlüssel; Verschlüsseln des Masterschlüssels mit einem Benutzerschlüssel, der aus einem vom Benutzer gelieferten Code abgeleitet wird; Speichern der verschlüsselten einzelnen Datenelemente, der verschlüsselten Elementschlüssel und des verschlüsselten Masterschlüssels.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der eine oder die mehreren Speicherprovider einen Speicherprovider umfassen, der Datenelementen nach Maßgabe der folgenden Schritte speichert: Speichern; Verschlüsseln einzelner Datenelemente mit Elementschlüsseln; Erzeugen von Schlüsselauthentisierungscodes für einzelne Datenelemente mit Elementauthentisierungsschlüsseln; Verschlüsseln der Elementschlüssel und der Elementauthentisierungsschlüssel mit einem Masterschlüssel; Erzeugen von Schlüsselauthentisierungscodes für Elementschlüssel und Elementauthentisierungsschlüssel mit einem Masterauthentisierungsschlüssel; Verschlüsseln des Masterschlüssels und des Masterauthentisierungsschlüssels mit einem Benutzerschlüssel, der aus einem vom Benutzer gelieferten Code abgeleitet wird; Speichern der verschlüsselten einzelnen Datenelemente, der Elementauthentisierungscodes, der verschlüsselten Elementschlüssel, der verschlüsselten Elementauthentisierungsschlüssel, der Schlüsselauthentisierungscodes, des verschlüsselten Masterschlüssels und des verschlüsselten Masterauthentisierungsschlüssel.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der eine oder die mehreren Speicherprovider einen Speicherprovider umfassen, der Datenelemente nach Maßgabe der folgenden Schritte wiedergewinnt: Wiedergewinnen verschlüsselter einzelner Datenelemente, verschlüsselter Elementschlüssel, die den verschlüsselten einzelnen Datenelementen entsprechen, und eines verschlüsselten Masterschlüssels; Entschlüsseln des verschlüsselten Masterschlüssels mit einem Benutzerschlüssel, der aus einem von dem Benutzer gelieferten Code abgeleitet wird; Entschlüsseln der verschlüsselten Elementschlüssel mit dem entschlüsselten Masterschlüssel; und Entschlüsseln der verschlüsselten einzelnen Datenelemente mit den entsprechenden entschlüsselten Elementschlüsseln.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Speicherserver Zugang zu einzelnen Datenelementen abhängig von dem momentanen Benutzer des Systems gewährt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Speicherserver angeforderte Datenelemente nur an authorisierte anfordernde Anwendungsprogramme zurückgibt.
System nach Anspruch 18, bei dem der Speicherserver anfordernde Anwendungsprogramme authentisiert, bevor er einzelne Datenelemente zurückgibt.
System nach Anspruch 18 oder 19, bei dem der Speicherserver die anfordernden Anwendungsprogramme authentisiert, indem er eine Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel verwendet, bevor er einzelne Datenelemente zurückgibt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Speicherserver auf Anforderungen von Anwendungsprogrammen reagiert, indem er einen Dialog mit dem Benutzer eröffnet, in dem der momentane Benutzer des Systems Paßworte spezifizieren kann, die von dem Speicherprovider verwendet werden sollen, um Datenelemente sicher zu speichern und wiederzugewinnen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Speicherserver, die Speicherprovider und die Authentisierungsprovider einzeln mit einem privaten Verschlüsselungs-Schlüssel signiert sind, der einem öffentlichen Verschlüsselungs-Schlüssel entspricht; wobei der Speicherserver, die Speicherprovider und die Authentisierungsprovider so konfiguriert sind, daß sie die Signaturen der jeweils anderen mit dem öffentlichen Verschlüsselungs-Schlüssel überprüfen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Speicherserver (104) in einem anderen Adreßraum läuft als die Anwendungsprogramme und über Prozedurfernaufrufe aufgerufen wird; das System einen der Speicherprovider (106) umfaßt, der die Datenelemente vor der Speicherung mit einem oder mehreren Schlüsseln verschlüsselt, die aus einer Authentisierung des momentanen Benutzers des Systems abgeleitet sind, und die Unversehrtheit der Datenelemente bei der Wiedergewinnung überprüft; und das System einen der Authentisierungsprovider (108) umfaßt, der den Benutzer gestützt auf eine vorhergehende Anmeldeprozedur in dem Betriebssystem identifiziert.
System nach Anspruch 23, bei dem der eine oder die mehreren Schlüssel aus einem Betriebssystem-Anmeldecode abgeleitet werden, der von dem momentanen Benutzer des Systems geliefert wird.
System nach Anspruch 23, bei dem der eine oder die mehreren Schlüssel aus einem vom Benutzer gelieferten Code abgeleitet werden.
System nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem der Speicherprovider Datenelemente nach Maßgabe der folgenden Schritte speichert: Verschlüsseln einzelner Datenelemente mit Elementschlüsseln; Verschlüsseln der Elementschlüssel mit einem Masterschlüssel; Verschlüsseln des Masterschlüssels mit einem Benutzerschlüssel, der aus einem vom Benutzer gelieferten Code abgeleitet wird; Speichern der verschlüsselten einzelnen Datenelemente, der verschlüsselten Elementschlüssel und des verschlüsselten Speicherschlüssels.
System nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem der Speicherprovider Datenelemente nach Maßgabe der folgenden Schritte speichert: Verschlüsseln einzelner Datenelemente mit Elementschlüsseln; Erzeugen von Elementauthentisierungscodes für einzelne Datenelemente mit Elementauthentisierungsschlüsseln; Verschlüsseln der Elementschlüssel und der Elementauthentisierungsschlüssel mit einem Masterschlüssel; Erzeugen von Schlüsselauthentisierungscodes für Elementschlüssel und Elementauthentisierungsschlüssel mit einem Masterauthentisierungsschlüssel; Verschlüsseln des Masterschlüssels und des Masterauthentisierungsschlüssels mit einem Benutzerschlüssel, der aus einem vom Benutzer gelieferten Code abgeleitet wird; Speichern der verschlüsselten einzelnen Datenelemente, der Elementauthentisierungscodes, der verschlüsselten Elementschlüssel, der verschlüsselten Elementauthentisierungsschlüssel, der Schlüsselauthentisierungscodes, des verschlüsselten Masterschlüssels und des verschlüsselten Masterauthentisierungsschlüssel.
System nach einem der Ansprüche 23 bis 27, bei dem der Speicherprovider Datenelemente nach Maßgabe der folgenden Schritte wiedergewinnt: Wiedergewinnen verschlüsselter einzelner Datenelemente, verschlüsselter Elementschlüssel, die den verschlüsselten einzelnen Datenelementen entsprechen, und eines verschlüsselten Masterschlüssels; Entschlüsseln des verschlüsselten Masterschlüssels mit einem Benutzerschlüssel, der aus einem von dem Benutzer gelieferten Code abgeleitet wird; Entschlüsseln der verschlüsselten Elementschlüssel mit dem entschlüsselten Masterschlüssel; und Entschlüsseln der verschlüsselten einzelnen Datenelemente mit den entsprechenden entschlüsselten Elementschlüsseln.
System nach einem der Ansprüche 23 bis 28, bei dem der Speicherserver angeforderte Datenelemente nur an authorisierte anfordernde Anwendungsprogramme zurückgibt.
System nach Anspruch 29, bei dem der Speicherserver anfordernde Anwendungsprogramme authentisiert, bevor er einzelne Datenelemente zurückgibt.
System nach einem der Ansprüche 23 bis 30, bei dem der Speicherserver die anfordernden Anwendungsprogramme authentisiert, indem er eine Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel verwendet, bevor er einzelne Datenelemente zurückgibt.
System nach einem der Ansprüche 23 bis 31, bei dem der Speicherserver auf Anforderungen von Anwendungsprogrammenreagiert, indem er einen Dialog mit dem Benutzer eröffnet, in dem der momentane Benutzer des Systems Paßwort spezifizieren kann, die von dem Speicherprovider verwendet werden sollen, um Datenelemente sicher zu speichern und wiederzugewinnen.
System nach einem der Ansprüche 23 bis 32, bei dem der Speicherserver und der Speicherprovider einzeln mit einem privaten Verschlüsselungs-Schlüssel signiert sind, der einem öffentlichen Verschlüsselungs-Schlüssel entspricht; wobei der Speicherserver und die Speicherprovider so konfiguriert sind, daß sie die Signaturen der jeweils anderen mit dem öffentlichen Verschlüsselungs-Schlüssel überprüfen.
Verfahren zum Speichern von geheimen Benutzer- und Anwendungsdaten und zum Schützen dieser Daten gegen unerlaubten Zugriff, mit folgenden Verfahrensschritten: Authentisieren eines momentanen Benutzers eines Rechners gestützt auf eine vorhergehenden Anmeldeauthentisierung, die von einem Betriebssystem ausgeführt wird; Empfang einzelner Datenelemente von Anwendungsprogrammen; Verschlüsseln der Datenelemente mit einem oder mehreren Schlüsseln, die aus der vorhergehenden Anmeldeauthentisierung des momentanen Benutzers des Rechners abgeleitet werden; und Speichern der verschlüsselten Datenelemente.
Verfahren nach Anspruch 34, bei dem der Speicherschritt das Speichern verschlüsselter Datenelemente aus verschiedenen Anwendungsprogrammen in einem gemeinsamen Speicherbereich umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, bei dem der eine oder die mehreren Schlüssel gestützt auf ein Rechneranmelde-Paßwort abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, bei dem der Verschlüsselungsschritt folgende Schritte umfaßt: Verschlüsseln einzelner Datenelemente mit Elementschlüsseln; Verschlüsseln der Elementschlüssel mit einem Masterschlüssel; Verschlüsseln des Masterschlüssels mit einem Benutzerschlüssel, der aus der vorhergehenden Authentisierung des momentanen Benutzers des Rechners abgeleitet wird; und bei dem die verschlüsselten Elementschlüssel und der verschlüsselte Masterschlüssel gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, mit folgenden weiteren Verfahrensschritten: Wiedergewinnen verschlüsselter einzelner Datenelemente, verschlüsselter Elementschlüssel, die den verschlüsselten einzelnen Datenelementen entsprechen, und eines verschlüsselten Masterschlüssel; Entschlüsseln des verschlüsselten Masterschlüssels mit einem Benutzerschlüssel, der aus der vorhergehenden Authentisierung des momentanen Benutzers des Rechners abgeleitet wird; Entschlüsseln der verschlüsselten Elementschlüssel mit dem entschlüsselten Masterschlüssel; und Entschlüsseln der verschlüsselten einzelnen Datenelemente mit den entsprechenden entschlüsselten Elementschlüsseln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, bei dem abhängig von dem momentanen Benutzer des Rechners Zugang zu einzelnen Datenelementen gewährt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 39, bei dem angeforderte Datenelemente nur an authorisierte anfordernde Anwendungsprogramme zurückgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 40, bei dem anfordernde Anwendungsprogramme authentisiert werden, bevor einzelne Datenelemente zurückgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 41, bei dem abhängig davon, daß ein Anwendungsprogramm Datenelemente anfordert, ein Dialog mit dem Benutzer eröffnet wird, wobei der Dialog es dem momentanen Benutzer des Rechners erlaubt, Paßworte zu spezifizieren, die vom Speicherprovider zum Entschlüsseln von Datenelementen verwendet werden.
Verfahren zum Speichern von geheimen Benutzer- und Anwendungsdaten und zum Schützen dieser Daten gegen unerlaubten Zugriff mit folgenden Verfahrensschritten: Empfangen einzelner Datenelemente von Anwendungsprogrammen; Verschlüsseln der einzelnen Datenelemente mit Elementschlüsseln; Verschlüsseln der Elementschlüssel mit einem Masterschlüssel; Verschlüsseln des Masterschlüssels mit einem Benutzerschlüssel; Speichern der verschlüsselten Datenelemente, der verschlüsselten Elementschlüssel und des verschlüsselten Masterschlüssels.
Verfahren nach Anspruch 43 mit den folgenden weiteren Schritten: Erzeugen von Elementauthentisierungscodes für einzelne Datenelemente mit Elementauthentisierungsschlüsseln; Verschlüsseln der Elelementauthentisierungsschlüssel mit dem Masterschlüssel; Erzeugen von Schlüsselauthentisierungscodes der Elementschlüssel und Elementauthentisierungsschlüssel mit dem Masterauthentisierungsschlüssel; Verschlüsseln des Masterauthentisierungsschlüssel mit dem Benutzerschlüssel; Speichern der Elementauthentisierungscodes, der verschlüsselten Elementschlüssel, der verschlüsselten Elementauthentisierungschlüssel, der Schlüsselauthentisierungscodes und des verschlüsselten Masterauthentisierungscodes.
Verfahren nach Anspruch 43 oder 44 mit den folgenden weiteren Verfahrensschritten: Wiedergewinnen verschlüsselter einzelner Datenelemente, der verschlüsselten Elementschlüssel, die den wiedergewonnenen entschlüsselten einzelnen Datenelementen entsprechen, und des verschlüsselten Masterschlüssels; Entschlüsseln der verschlüsselten Masterschlüssel mit dem Benutzerschlüssel; Entschlüsseln der verschlüsselten Elementschlüssel mit dem entschlüsselten Masterschlüssel; Entschlüsseln der verschlüsselten einzelnen Datenelemente mit den entsprechenden entschlüsselten Elementschlüsseln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, bei dem der Benutzerschlüssel in einem Benutzerauthentisierungsschritt abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, bei dem der Benutzerschlüssel aus einem Rechneranmeldecode abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, bei dem der Benutzerschlüssel aus einer vorhergehenden Authentisierung des momentanen Benutzers des Rechners abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, bei dem der Benutzerschlüssel aus einer Netzauthentisierung des momentanen Benutzers des Rechners abgeleitet wird.
Verfahren zum Speichern von geheimen Benutzer- und Anwendungsdaten und zum Schützen dieser Daten gegen unerlaubten Zugriff, mit folgenden Verfahrensschritten: Empfangen einzelner Datenelemente von Anwendungsprogrammen; Verschlüsseln der Datenelemente mit einem oder mehreren Schlüsseln, die aus einem oder mehreren vom Benutzer gelieferten Paßworten abgeleitet werden; Speichern der verschlüsselten Datenelemente; Wiedergewinnen und Entschlüsseln der gespeicherten verschlüsselten Datenelemente abhängig von Anfragen von Anwendungsprogrammen.
Verfahren nach Anspruch 50, bei dem abhängig davon, daß das Anwendungsprogramm Datenelemente anfordert, ein Dialog mit dem Benutzer aufgebaut wird, der es dem momentanen Benutzer des Rechners ermöglicht, das vom Benutzer gelieferte Paßwort zu spezifizieren.
Verfahren nach Anspruch 50 oder 51, bei dem der Benutzer einen Benutzerauthentisierungstyp spezifizieren kann, der vor dem Wiedergewinnen und Entschlüsseln ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 52, bei dem ein während der Rechneranmeldeprozedur vom Benutzer geliefertes Paßwort erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 53, bei dem das vom Benutzer gelieferte Standardpaßwort ein Rechneranmeldepaßwort umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 54, bei dem ferner während einer Netzwerkanmeldeprozedur ein vom Benutzer geliefertes Standardpaßwort erhalten wird; und ein zusätzliches vom Benutzer geliefertes Paßwort erhalten wird, indem ein Dialog mit dem Benutzer eingerichtet wird, der dem momentanen Benutzer des Rechner ermöglicht, dieses zusätzliche vom Benutzer gelieferte Paßwort zu spezifizieren.
Verfahren nach Anspruch 50, bei dem abhängig davon, daß ein Anwendungsprogramm Datenelemente anfordert, ein Dialog mit dem Benutzer eröffnet wird, wobei der Dialog es dem momentanen Benutzer des Rechners erlaubt, Paßworte zu spezifi zieren, die vom Speicherprovider zum Entschlüsseln von Datenelementen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 57, bei dem abhängig von dem momentanen Benutzer des Rechners Zugang zu einzelnen Datenelementen gewährt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 56, bei dem angeforderte Datenelemente nur an authorisierte anfordernde Anwendungsprogramme zurückgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 58, bei dem der Verschlüsselungsschritt das Verschlüsseln der einzelnen Datenelemente mit Elementschlüsseln umfaßt, und mit den folgenden weiteren Schritten: Empfangen einzelner Datenelemente von Anwendungsprogrammen; Verschlüsseln der Elementschlüssel mit einem Masterschlüssel; Verschlüsseln des Masterschlüssels mit einem Benutzerschlüssel, der aus dem einen oder den mehreren von dem Benutzer gelieferten Paßworten abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50–59, das ferner die folgenden Schritte umfaßt: Gewähren eines Zugriffs auf einzelne Datenelemente abhängig von dem momentanen Benutzer des Rechners; und Zurückgeben angeforderter Datenelemente nur an autorisierte anfordernde Anwendungsprogramme.
Verfahren nach Anspruch 60, bei dem ein Anwendungsprogramm Anwendungsprogramme spezifiziert, die auf entsprechende Datenelemente zugreifen dürfen.
Verfahren nach Anspruch 60 oder 61, bei dem ein Anwendungsprogramm Computernutzer spezifiziert, die auf entsprechende Datenelemente zugreifen dürfen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 60 bis 62, bei dem authorisierte anfordernde Anwendungsprogramme mit einem Verschlüsselungsverfahren mit öffentlichem Schlüssel authentisiert werden, bevor einzelne Datenelemente zurückgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 60 bis 63, bei dem beim Speichern die verschlüsselten Datenelemente aus verschiedenen Anwendungsprogrammen in einem gemeinsamen Speicherbereich gespeichert werden.
Verfahren zum Speichern von geheimen Benutzer- und Anwendungsdaten und zum Schützen dieser Daten gegen unerlaubten Zugriff mit folgenden Verfahrensschritten: Empfangen einzelner Datenelemente von verschiedenen Anwendungsprogrammen; Verschlüsseln der Datenelemente; Speichern der verschlüsselten Datenelemente aus den verschiedenen Anwendungsprogrammen in einem gemeinsamen Speicherbereich.
Verfahren nach Anspruch 65, bei dem abhängig von dem momentanen Benutzer eines Rechners Zugang auf einzelne Datenelemente gewährt wird.
Verfahren nach Anspruch 65 oder 66, bei dem angeforderte Datenelemente nur zu authorisierten anfordernden Anwendungsprogrammen zurückgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 67, bei dem die anfordernden Anwendungsprogramme authentisiert werden, bevor einzelne Datenelemente zurückgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 65 bis 68, bei dem abhängig davon, daß ein Anwendungsprogramm Datenelemente anfordert, ein Dialog mit dem Benutzer eröffnet wird, wobei der Dialog es dem momentanen Benutzer des Rechners erlaubt, Paßworte zu spezifizieren, die vom Speicherprovider zum Entschlüsseln von Datenelementen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 65 bis 69, bei dem die Verschlüsselung sich auf einen oder mehrere Schlüssel stützt, die aus der Authentisierung des momentanen Benutzers des Rechners abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 65 bis 69, bei dem sich die Verschlüsselung auf einen oder mehrere Schlüssel stützt, die aus einem vom Benutzer gelieferten Code abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 65 bis 69, bei dem sich die Verschlüsselung auf einen oder mehrere Schlüssel stützt, die aus einem Rechneranmeldecode abgeleitet werden, der von dem momentanen Benutzer des Rechners geliefert wird.